特許 6015340 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6015340

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年10月26日

(54)【発明の名称】面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/42 20060101AFI20161013BHJP

   H01S 5/022 20060101ALI20161013BHJP

【ＦＩ】

   H01S5/42

   H01S5/022

【請求項の数】12

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2012-234299(P2012-234299)

(22)【出願日】2012年10月24日

(65)【公開番号】特開2014-86562(P2014-86562A)

(43)【公開日】2014年5月12日

【審査請求日】2015年3月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005496

【氏名又は名称】富士ゼロックス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098497

【弁理士】

【氏名又は名称】片寄 恭三

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】武田 一隆

(72)【発明者】

【氏名】近藤 崇

(72)【発明者】

【氏名】松下 和征

(72)【発明者】

【氏名】小澤 秀明

(72)【発明者】

【氏名】村上 朱実

(72)【発明者】

【氏名】中山 秀生

【審査官】 百瀬 正之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−０１２９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１４２９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３０３０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１４７３１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９３４５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１１３９８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２６９７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２３８８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３３１０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２９４８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２５８０５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−４７７１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１４６３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上に、第１導電型の第１の半導体多層膜反射鏡、活性領域、第２導電型の第２の半導体多層膜反射鏡を含む発光部が形成された面発光型半導体レーザであって、
前記発光部の第１の半導体多層膜反射鏡に電気的に接続され、第１の方向に延在する第１の延在部分を含む第１の配線層と、
前記発光部の第２の半導体多層膜反射鏡に電気的に接続され、前記第１の方向に延在する第２の延在部分を含む第２の配線層と、
前記発光部の周囲に形成された溝を充填する絶縁部材とを含み、
前記第１の延在部分は、前記絶縁部材の底面側を前記発光部から前記第１の方向に延在し、前記第２の延在部分は、前記絶縁部材の上面側を前記発光部から前記第１の方向に延在し、
出射面側から見たときに、前記第１の延在部分と前記第２の延在部分の少なくとも一部が重なった状態で前記第１の方向に向けて延在している、面発光型半導体レーザ。

【請求項2】

前記基板上に複数の発光部が形成され、隣接する２つの、発光部間、電極パッド間、または発光部と電極パッド間において、第１の延在部分と第２の延在部分の少なくとも一部が出射面側から見たときに重なる、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。

【請求項3】

面発光型半導体レーザはさらに、前記溝を介して前記発光部から隔離されたパッド形成領域を含み、前記パッド形成領域上には、前記第１の配線層に接続された第１の電極パッドと、前記第２の配線層に接続された第２の電極パッドとが形成され、前記第１の電極パッドおよび前記第２の電極パッドは同一平面上にある、請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザ。

【請求項4】

前記溝は、前記パッド形成領域内に延在し、前記第１の電極パッドおよび前記第２の電極パッドの少なくとも一方が前記絶縁材上に形成される、請求項３に記載の面発光型半導体レーザ。

【請求項5】

前記第１の配線層は、前記溝内に形成された接続孔を介して前記第１の半導体多層膜反射鏡に電気的に接続され、前記接続孔は、前記第２の配線層の直下には形成されない、請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザ。

【請求項6】

前記第１の配線層は、前記溝内に形成された接続孔を介して前記第１の半導体多層膜反射鏡に電気的に接続され、前記接続孔は、パッド形成領域側に部分的に形成される、請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザ。

【請求項7】

前記絶縁部材には前記第１の配線層の端部を露出させる露出領域が形成されており、前記第１の電極パッドは、前記露出領域内の絶縁部材の傾斜面に形成されたパッド接続配線を介して前記第１の配線層に接続されている、請求項３に記載の面発光型半導体レーザ。

【請求項8】

前記絶縁部材は、比誘電率が４よりも小さい低誘電率材料から構成される、請求項１ないし７いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。

【請求項9】

請求項１ないし８いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザと、
前記面発光型半導体レーザに電気的に接続された外部リードとを含む、面発光型半導体レーザ装置。

【請求項10】

請求項１ないし８いずれか１つに記載された面発光型半導体レーザと、
前記面発光型半導体レーザと光学的に結合された光学部材とを有する光伝送装置。

【請求項11】

前記光学部材は、１本の光ファイバ内に複数のコアが形成されたマルチコアファイバであり、前記面発光型半導体レーザの複数の発光部から出射されたレーザ光は、前記マルチコアファイバの複数のコアのそれぞれに入射される、請求項１０に記載の光伝送装置。

【請求項12】

請求項１ないし８いずれか1つに記載の面発光型半導体レーザと、
前記面発光型半導体レーザから出射されるレーザ光を記録媒体に集光する集光手段と、
前記集光手段により集光されたレーザ光を前記記録媒体上で走査する機構と、
を有する情報処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

クラウドコンピューティングの普及に伴うデータセンターの情報量の爆発的な増加をはじめとして、大容量通信の情報処理に向けた光通信技術が求められている。これまで短距離通信では、１０Gbps級の高速の面発光型半導体レーザを利用した光リンク技術の開発が行われてきた。大容量通信に向けて、面発光型半導体レーザを１次元のアレイ状に並べた技術があるが、素子サイズやファイバのサイズが大きくなり、その結果モジュールサイズの大型化につながる。改善する方法として、大口径ファイバやマルチコアファイバと面発光型半導体レーザを用いた技術が検討されている（特許文献１、特許文献２）。このマルチコアファイバは、２次元状の複数のコアを有するため、面発光型半導体レーザも２次元アレイが望ましい。さらに１０Gbps以上の高速の面発光型半導体レーザでは、高速動作に向けてキャパシタンスを低減するためにｎ側、ｐ側の両電極を同一面上に形成する構造もある（特許文献３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１−２８９３１７号公報

【特許文献2】特開２０１１−１９３４５９号公報

【特許文献3】特開２００８−４７７１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、小型化が可能な面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

請求項１は、基板上に、第１導電型の第１の半導体多層膜反射鏡、活性領域、第２導電型の第２の半導体多層膜反射鏡を含む発光部が形成された面発光型半導体レーザであって、前記発光部の第１の半導体多層膜反射鏡に電気的に接続され、第１の方向に延在する第１の延在部分を含む第１の配線層と、前記発光部の第２の半導体多層膜反射鏡に電気的に接続され、前記第１の方向に延在する第２の延在部分を含む第２の配線層と、前記発光部の周囲に形成された溝を充填する絶縁部材とを含み、前記第１の延在部分は、前記絶縁部材の底面側を前記発光部から前記第１の方向に延在し、前記第２の延在部分は、前記絶縁部材の上面側を前記発光部から前記第１の方向に延在し、出射面側から見たときに、前記第１の延在部分と前記第２の延在部分の少なくとも一部が重なった状態で前記第１の方向に向けて延在している、面発光型半導体レーザ。
請求項２は、前記基板上に複数の発光部が形成され、隣接する２つの、発光部間、電極パッド間、または発光部と電極パッド間において、第１の延在部分と第２の延在部分の少なくとも一部が出射面側から見たときに重なる、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項３は、面発光型半導体レーザはさらに、前記溝を介して前記発光部から隔離されたパッド形成領域を含み、前記パッド形成領域上には、前記第１の配線層に接続された第１の電極パッドと、前記第２の配線層に接続された第２の電極パッドとが形成され、前記第１の電極パッドおよび前記第２の電極パッドは同一平面上にある、請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項４は、前記溝は、前記パッド形成領域内に延在し、前記第１の電極パッドおよび前記第２の電極パッドの少なくとも一方が前記絶縁材上に形成される、請求項３に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項５は、前記第１の配線層は、前記溝内に形成された接続孔を介して前記第１の半導体多層膜反射鏡に電気的に接続され、前記接続孔は、前記第２の配線層の直下には形成されない、請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項６は、前記第１の配線層は、前記溝内に形成された接続孔を介して前記第１の半導体多層膜反射鏡に電気的に接続され、前記接続孔は、パッド形成領域側に部分的に形成される、請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項７は、前記絶縁部材には前記第１の配線層の端部を露出させる露出領域が形成されており、前記第１の電極パッドは、前記露出領域内の絶縁部材の傾斜面に形成されたパッド接続配線を介して前記第１の配線層に接続されている、請求項３に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項８は、前記絶縁部材は、比誘電率が４よりも小さい低誘電率材料から構成される、請求項１ないし７いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
請求項９は、請求項１ないし８いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザと、前記面発光型半導体レーザに電気的に接続された外部リードとを含む、面発光型半導体レーザ装置。
請求項１０は、請求項１ないし８いずれか１つに記載された面発光型半導体レーザと、前記面発光型半導体レーザと光学的に結合された光学部材とを有する光伝送装置。
請求項１１は、前記光学部材は、１本の光ファイバ内に複数のコアが形成されたマルチコアファイバであり、前記面発光型半導体レーザの複数の発光部から出射されたレーザ光は、前記マルチコアファイバの複数のコアのそれぞれに入射される、請求項１０に記載の光伝送装置。
請求項１２は、請求項１ないし８いずれか1つに記載の面発光型半導体レーザと、前記面発光型半導体レーザから出射されるレーザ光を記録媒体に集光する集光手段と、前記集光手段により集光されたレーザ光を前記記録媒体上で走査する機構と、を有する情報処理装置。

【発明の効果】

【0006】

請求項１によれば、小型化された面発光型半導体レーザを提供することができる。
請求項１によれば、出射面側から見て重複しない構成と比較して、さらに面発光型半導体レーザの小型化を図ることができる。
請求項２によれば、２つの、隣接する発光部間、発光部と電極パッド間、あるいは電極パッド間のピッチを狭くすることができる。
請求項３によれば、外部リード等への接続を容易にすることができる。
請求項４によれば、電極パッド部の規制容量を低減することができる。
請求項５によれば、絶縁部材の表面の平坦化を図ることができる。
請求項６によれば、発光部間のピッチをさらに狭くすることができる。
請求項７によれば、第１の配線層と第１の電極パッド間の接続において断線を防止することができる。
請求項８によれば、第１の配線層と第２の配線層間のノイズを防止することができる。
請求項９ないし１２によれば、小型化された面発光型半導体レーザを利用した高速動作が可能な面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１（Ａ）は、本発明の第１の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイの一部を示す概略平面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。

【図2】図２（Ａ）は、図１（Ａ）のＸ−Ｘ１線断面図、図２（Ｂ）は、ｎ側の引き出し配線と電極パッドの接続例を示す斜視図である、図２（Ｃ）は、ｎ側の引き出し配線と電極パッドの他の接続例を示す断面図である。

【図3】第１の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイの変形例を説明する図である。

【図4】図４（Ａ）は、本発明の第２の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイの一部を示す概略平面図、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。

【図5】本発明の第１の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイの製造工程を説明する概略断面図である。

【図6】本発明の第１の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイの製造工程を説明する概略断面図である。

【図7】本発明の第１の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイの概略平面図である。

【図8】本発明の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイを用いた光伝送装置を説明する図であり、図８（Ａ）は、マルコチアファイバの断面図、図８（Ｂ）は、光伝送装置の概略断面図、図８（Ｃ）は、他の光伝送装置の概略断面図である。

【図9】本発明の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイを用いた情報処理装置の構成例を示す図である。

【図10】本発明の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイの異なるパターンを例示する概略平面図である。

【図11】本発明の実施例の係る面発光型半導体レーザの他の変形例を示す図であり、図１１（Ａ）は、面発光型半導体レーザアレイの概略平面図、図１１（Ｂ）は、そのＸ−Ｘ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。以下の説明では、面発光型半導体レーザをＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）またはＶＣＳＥＬ素子と称する。また、好ましい態様として、基板上に複数の発光部が形成されたＶＣＳＥＬアレイを例示するが、本発明は、ＶＣＳＥＬアレイのみならず、基板上に単体の発光部が形成されたＶＣＳＥＬも含むものである。なお、図面のスケールは、発明の特徴を分かり易くするために強調しており、必ずしも実際のデバイスのスケールと同一ではないことに留意すべきである。

【実施例】

【0009】

本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬアレイを図１に示す。図１（Ａ）は、ＶＣＳＥＬアレイの一部の概略平面図であり、図１（Ｂ）は、そのＸ−Ｘ線断面図である。ＶＣＳＥＬアレイ１０は、ウエハーまたは基板上に複数の発光素子を含んで形成されるが、図１（Ａ）には、代表的な１つの発光素子が示されている。本実施例の発光素子は、ＶＣＳＥＬ素子であり、当該ＶＣＳＥＬ素子は、円筒状のメサ（柱状構造）Ｍによって規定された発光部を有する。図１（Ａ）には、メサＭに隣接する他の２つのメサＭ１、Ｍ２が仮想的に示されている。メサＭ、Ｍ１、Ｍ２を含む複数のＶＣＳＥＬ素子は、溝２０によってパッド形成領域３０と隔離され、溝２０内には、後述するように比誘電率が小さい絶縁材が充填される。図１（Ａ）の鎖線２２は、溝２０とパッド形成領域３０との境界を表している。なお、溝の形は本実施の形態に開示する形状に限定されるものではなく、本実施例における機能を達成する形状であれば、他の凹部形状や段差形状で構成されてもよい。

【0010】

パッド形成領域３０上には、各ＶＣＳＥＬ素子に対応する電極パッドが形成され、図１（Ａ）には、メサＭに電気的に接続されるｎ型の電極パッド１１４とｐ側の電極パッド１２４との一組が示されている。ｎ側の電極パッド１１４は、引き出し配線１１２を介してｎ側電極１１０に接続され、ｐ側の電極パッド１２４は、引き出し配線１２２を介してｐ側電極１２０に接続される。ｎ側の引き出し配線１１２とｐ側の引き出し配線１２２とは、絶縁材１４０を介して互いに平行に重複するように延在する。言い換えれば、ｐ側の引き出し配線１２２は、絶縁材１４０の上面を通ってメサ頂部のｐ側電極１２０に接続され、ｎ側の引き出し配線１１２は、絶縁材１４０の底面すなわち溝２０を通ってｎ側電極１１０に接続される。

【0011】

具体的には、図１（Ｂ）に示すように、半絶縁性のＧａＡｓ基板１００上に、ｎ型のＧａＡｓコンタクト層１０２が一定の厚さで形成され、さらにその上に、Ａｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｎ型の下部分布ブラック型反射鏡（Distributed Bragg Reflector：以下、ＤＢＲという）１０４、下部ＤＢＲ１０４上に形成された、上部および下部スペーサ層に挟まれた量子井戸層を含む活性領域１０６、活性領域１０６上に形成されたＡｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｐ型の上部ＤＢＲ１０８が形成される。また、必要に応じて、上部ＤＢＲ１０８上にｐ型のＧａＡｓコンタクト層が形成される。

【0012】

ｎ型のコンタクト層１０２は、例えば、ｎ型不純物であるシリコンをドーピングした後のキャリア濃度が、１×１０¹⁹ｃｍ^-3である不純物濃度が高い半導体層である。ｎ型の下部ＤＢＲ１０４は、例えば、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層とのペアの複数層積層体で、各層の厚さはλ／４ｎ_ｒ（但し、λは発振波長、ｎ_ｒは媒質の屈折率）であり、これらを交互に４０周期で積層している。ｎ型不純物であるシリコンをドーピングした後のキャリア濃度は、例えば、３×１０¹⁸ｃｍ^-3である。活性領域１０６の下部スペーサ層は、アンドープのＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓ層であり、量子井戸活性層は、アンドープＡｌ_0.１１Ｇａ_0.８９Ａｓ量子井戸層およびアンドープのＡｌ_0.３Ｇａ_0.７Ａｓ障壁層であり、上部スペーサ層は、アンドープのＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓ層である。ｐ型の上部ＤＢＲ１０８は、例えば、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層とのペアの複数層積層体で、各層の厚さはλ／４ｎ_ｒであり、これらを交互に２２周期積層してある。ｐ型不純物であるカーボンをドーピングした後のキャリア濃度は、例えば、３×１０¹⁸ｃｍ^-3である。また、上部ＤＢＲ１０８の最上層に、ｐ型のＧａＡｓからなるコンタクト層が形成し、上部ＤＢＲ１０８の内部に、ｐ型のＡｌＡｓまたはＡｌＧａＡｓからなる電流狭窄層を形成するようにしてもよい。なお、上記のＶＣＳＥＬの構成は、典型的な一つの例であって、本発明は、これに限定されるものではない。

【0013】

上部ＤＢＲ１０８から下部ＤＢＲ１０４の一部に至る半導体層をエッチングすることにより、基板上に溝２０が形成され、これにより、複数のメサＭとパッド形成領域３０とが隔離される。メサＭおよびパッド形成領域３０を含む基板上に層間絶縁膜１３０が形成され、層間絶縁膜１３０には、ｎ側電極用の開口およびｐ側電極用の開口が形成される。ｎ側電極用の開口は、メサＭの底部にかつメサＭと同心円状に形成され、ｎ型の下部ＤＢＲ１０４を露出させる。他方、ｐ側電極用の開口は、メサＭの頂部に円形状に形成され、ｐ型の上部ＤＢＲ１０８を露出させる。好ましい態様では、ｎ側電極用の開口によって露出された下部ＤＢＲ１０４をエッチングすることにより、ｎ型のコンタクト層１０２に至るコンタクトホール１５０が形成され、当該コンタクトホール１５０内にＡｕ／Ｇｅなどの金属からなるｎ側電極１１０が形成される。従って、図に示されるように、ｎ側電極１１０は、メサＭの底部においてメサＭを取り囲むように環状に形成され、ｎ型のコンタクト層１０２に電気的に接続される。他方、メサ頂部には、層間絶縁膜１３０の開口を介して、ＡｕまたはＴｉ／Ａｕなどの金属からなる環状のｐ側電極１２０が形成され、ｐ側電極１２０は上部ＤＢＲ１０８に電気的に接続される。ｐ側電極１２０の中央の開口は、レーザ光を出射する窓として機能する。

【0014】

メサＭの周囲に形成された溝２０は、電気的に絶縁性の絶縁材１４０によって充填される。絶縁材１４０は、例えば、感光性ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）や感光性ポリイミド樹脂などから構成される。また、絶縁材１４０は、比誘電率が小さい材料であることが望ましく、例えば、ＳｉＯ_２（比誘電率は約３．９）、ＳｉＮ（比誘電率は約７）よりも比誘電率が小さい材料から構成される。例えば、ポリイミド樹脂などをスピンコートすることにより、メサＭの頂部とパッド形成領域３０との間に大きな段差が生じないように平坦化された絶縁材１４０が形成されることが望ましい。

【0015】

絶縁材１４０の表面を延在するようにｐ側の引き出し配線１２２が形成される。ｐ側の引き出し配線の一方の端部は、ｐ側電極１２０を介して、上部ＤＢＲ１０８と電気的に接続される。なお、上部ＤＢＲ１０８への接続は、コンタクト層等の他の層を介して電気的に接続されてもよい。また、他方の端部は、ｐ側の電極パッド１２４に接続される。パッド形成領域３０において、ｐ側の引き出し配線１２２およびｐ側の電極パッド１２４は、層間絶縁膜１３０により上部ＤＢＲ１０８と電気的に絶縁されている。好ましくは、ｐ側電極１２０、引き出し配線１２２および電極パッド１２４は、同時にパターン形成される。なお、パッド形成領域３０に溝２０が延びていても良く、充填された絶縁材１４０上にp側の電極パッド１２４またはｎ側の電極パッド１１４の少なくとも一方が形成されても良い。厚い絶縁材上に電極パッドが形成された場合、電極パッド部の寄生容量が低減され、高速化に有利になる。

【0016】

ここで、ｎ側の引き出し配線１１２は、ｐ側の引き出し配線１２２の下方でこれと平行になるように、絶縁材１４０の底部側を延在する。ｎ側の引き出し配線の一方の端部は、ｎ側電極１１０に接続され、他方の端部は、ｎ側の電極パッド１１４に接続される。図２（Ａ）には、図１（Ａ）のＸ−Ｘ１線断面図が示され、図２（Ｂ）には、ｎ側の引き出し配線１１２と電極パッド１１４との接続例の斜視図が示されている。好ましくは、図２（Ｂ）に示すように、絶縁材１４０には、傾斜面１４４が形成されるようなコンタクト領域１４２が形成される。コンタクト領域１４２によりｎ側の引き出し配線１１２の端部１１２Ａが露出され、当該端部１１２Ａは、傾斜面１４４上を延在するパッド接続配線１１４Ａを介して電極パッド１１４に接続される。傾斜面１４４を利用することで、ｎ側引き出し配線１１２と電極パッド１１４間の段差を緩和し、断線を防ぐことができる。また、このような構成では、ｐ側の電極パッド１２４、引き出し配線１２２、ｐ側電極１２０と同時に、ｎ側の電極パッド１１４およびパッド接続配線１１４Ａを形成することができる。

【0017】

図２（Ｃ）は、ｎ側の引き出し配線１１２と電極パッド１１４の他の接続例を示す断面図である。例えば、ｎ側の引き出し配線１１２上に絶縁材１４０を形成したのち、絶縁材１４０にスルーホール１４４Ａを形成し、ｎ側の引き出し配線１１２を露出させ、その後、電極パッド１１４およびパッド接続配線１１４Ａを形成するようにしてもよい。

【0018】

このように本実施例では、ｎ側の引き出し配線１１２上に絶縁材１４０による埋め込み構造を形成し、絶縁材１４０上のｎ側の引き出し配線１１２と重なるような位置にｐ側の引き出し配線１２２を形成することで、１本の配線で形成した時と同じサイズで素子の配線構造を作製でき、素子アレイの小型化が可能になる。言い換えれば、ｎ側の引き出し配線１１２とｐ側の引き出し配線１２２とを立体化または３次元化することで、ｎ側の引き出し配線およびｐ側の引き出し配線を同一平面に形成するときと比較して、引き出し配線のための面積を小さくすることができ、その結果、ＶＣＳＥＬ素子単体ないしアレイ化されたときのＶＣＳＥＬ素子Ｍ１とＭ２のピッチを狭めることができる。また、ｎ側の引き出し配線１１２とｐ側の引き出し配線１２２が重複しても、絶縁材１４０を比誘電率が小さい材料から構成するため、高速動作されるＶＣＳＥＬにおいてクロストークなどのノイズを効果的に防止することができる。さらに、ｎ側およびｐ側の電極パッド１１４、１２４は、同一平面にあるため、ワイヤボンディングやフリップチップ実装などの外部リードとの接続を容易にすることができる。

【0019】

次に、本実施例の幾つかの変形例について説明する。図１、図２に示す構成では、ｎ側の引き出し配線１１２とｐ側の引き出し配線１２２の少なくとも一部は、絶縁材１４０の上下に平行に重複して延在するものであり、重複する部分の配線の幅は等しい。しかしながら、ｎ側の引き出し配線１１２とｐ側の引き出し配線１２２の幅は、必ずしも等しくなくてもよい。図３は、ｎ側の引き出し配線１１２とｐ側の引き出し配線１２２とが重複する部分の断面図であるが、図３（Ａ）に示すように、ｎ側の引き出し配線１１２の幅Ｗ１がｐ側の引き出し配線１２２の幅Ｗ２よりも大きくてもよいし、その反対に、ｎ側の引き出し配線１１２の幅Ｗ１がｐ側の引き出し配線１２２の幅Ｗ２よりも小さくてもよい。

【0020】

さらに、上方すなわち出射面側から見たとき、ｎ側の引き出し配線１１２とｐ側の引き出し配線１２２とが重複することが素子の小型化の点で望ましいが、これ以外にも、図３（Ｃ）に示すようにｎ側の引き出し配線１１２とｐ側の引き出し配線１２２とが部分的に重複するようにオフセットされてもよいし、あるいは図３（Ｄ）のようにｎ側の引き出し配線１１２とｐ側の引き出し配線１２２との間に間隙Ｓが形成されるような重複関係であってもよい。なお、図３（Ｄ）の構成は、実際には出射面側から見たときに引き出し配線同士が重なっていないものの、引き出し配線を同一面に平行に設けた構成と比較して占有幅が狭くできる範囲のオフセットであれば、引き出し配線同士が重なった状態と定義する。図３（Ｃ）、（Ｄ）に示すような構成であっても、ｎ側の引き出し配線１１２とｐ側の引き出し配線１１２とは、絶縁材１４０の上下方向に立体的に配置されるので、ｎ側の引き出し配線とｐ側の引き出し配線とを同一平面に配置する場合と比べれば、引き出し配線に必要な面積を小さくすることができ、素子の小型化に寄与することができる。

【0021】

さらに上記実施例では、上方から見たとき、ｎ側の引き出し配線１１２とｐ側の引き出し配線１２２との延在部分の引き出す方向を完全に一致される例を示したが、引き出し方向は、完全に一致している必要はなく、ｎ側およびｐ側の引き出し配線を同一面に平行に設けた構成と比較して占有幅が狭くできる範囲であれば、ｎ側およびｐ側の引き出し配線の引き出し方向の間に多少の角度が形成されてもよい。

【0022】

次に、本発明の第２の実施例について図４を参照して説明する。第１の実施例と同様の構成については同一参照番号を附す。第１の実施例では、コンタクト層１０２に到達するようなコンタクトホール１５０がメサＭの全周を取り囲むように連続的に形成されたのに対し、第２の実施例では、そのようなコンタクトホール１５０は、メサＭの一部を取り囲むが、ｐ側の引き出し配線１２２の直下には形成されない。

【0023】

図４（Ａ）に示すように、ｎ側電極１１０を形成するためのコンタクトホール１５０の端部１５０Ａ、１５０Ｂは、ｐ側の引き出し配線１２２またはｎ側の引き出し配線１１２の手前で終端している。コンタクトホール１５０の端部１５０Ａ、１５０Ｂの間には平坦な配線層１６０が形成され、平坦な配線層１６０は、コンタクトホール１５０の端部１５０Ａ、１５０Ｂに存在するｎ側電極１１０を電気的に連結する。流動性または粘性のある絶縁材１４０を溝２０内に充填したとき、コンタクトホール１５０上には、その形状に倣うように凹部または段差１４０Ａ（図４（Ｂ）を参照）が形成される。しかし、ｐ側の引き出し配線１２２の直下には、コンタクトホール１５０が形成されないため、そこでの絶縁材１４０の表面は容易に平坦化される。このため、絶縁材１４０上に形成されるｐ側の引き出し配線１２２も平坦な面上に形成されるため、引き出し配線１２２の断線等を防止され、素子アレイの作製が容易になる。

【0024】

次に、本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬアレイの製造方法について図５および図６を参照して説明する。図５（Ａ）は、ＶＣＳＥＬアレイ上の１つの素子を示している。図５（Ａ）に示す状態では、基板１００上の半導体層をエッチングすることにより溝２０が形成され、メサＭとパッド形成領域３０が形成されている。そして、基板全面を覆うように層間絶縁膜１３０が形成され、層間絶縁膜１３０には、メサＭを取り囲むような環状の開口１３０Ａが形成され、さらにメサＭの頂部に円形状の開口１３０Ｂが形成される。

【0025】

次に、図示しないエッチング用のマスクパターンを用いて、開口１３０Ａによって露出された下部ＤＢＲ１０４をエッチングし、図５（Ｂ）に示すように、コンタクト層１０２に到達する環状のコンタクトホール１５０を形成する。エッチング用のマスクパターンを除去した後、図５（Ｃ）に示すように、ｎ側電極１１０およびｎ側の引き出し配線１１２のパターンを形成する。次に、図６（Ｄ）に示すように、感光性ポリイミド樹脂を溝２０内に滴下し、溝２０内を絶縁材１４０で充填する。この際、メサＭとパッド形成領域３０との間に段差が生じない程度に絶縁材１４０を供給する。

【0026】

次に、図示しないマスクパターンを形成し、感光性ポリイミド樹脂の露光および現像を行い、図６（Ｅ）に示すように、ｎ側の引き出し配線１１２の端部１１２Ａが露出されるように感光性ポリイミド樹脂内にコンタクト領域１４２を形成する。このとき、傾斜面１４４が形成されるように、グレイティングマスク（ハーフトーンマスク）等を用いて感光性ポリイミド樹脂への露光量を調整する。

【0027】

次に、図１および図２に示すように、ｐ側電極１２０、ｐ側の引き出し配線１２２、ｐ側の電極パッド１２４とともに、パッド接続配線１１４Ａおよびｎ側の電極パッド１１４が同時に形成される。

【0028】

なお、上記実施例では、基板上に複数の発光部（メサ）が形成されるＶＣＳＥＬアレイを主に例示したが、本発明は、基板上に単一の発光部が形成される単ビット構造のＶＣＳＥＬにも適用することが可能であり、ｎ側およびｐ側の引き出し配線を同一平面に形成するような従来の高速ＶＣＳＥＬに比べて、本発明の単ビット構造の高速ＶＣＳＥＬの小型化を図ることができる。

【0029】

次に、本発明の実施例に係るＶＣＳＥＬアレイを用いた光伝送装置について説明する。図７は、第１の実施例により形成されたＶＣＳＥＬアレイの概略平面図を示す。同図に示すＶＣＳＥＬアレイは、７つのＶＣＳＥＬ素子を含んで構成される。すなわち、中央に１つのメサＭが形成され、これと同心円状にかつ回転対称となる位置に６つのメサＭ１〜Ｍ６が形成される。この場合、各メサ間のピッチは等しい。通常、中央に位置するメサＭの引き出し配線は、メサＭ１、Ｍ２間の間を通過するため引き回しが難しくなるが、本実施例では、引き出し配線１２２は１本分のスペースしか必要としないため、引き回しが容易になり、しかもメサＭ１、Ｍ２間のピッチを狭くすることができる。メサＭ１とメサＭ２のピッチを狭くすることで、これに合わせて他のメサ間のピッチも小さくすることができ、アレイの小型化が可能になる。メサＭ１〜Ｍ６にそれぞれ対応する引き出し配線１２２は、放射状に延び、パッド形成領域３０上の電極パッド１１４、１２４に接続される。なお、円形の鎖線２２は、パッド形成領域３０と溝２０との境界である。

【0030】

図８（Ａ）は、マルチコアファイバの２００の断面図である。マルチコアファイバ２００は、１本のファイバの中に等間隔で配列された複数のコア２０２を含んで構成される。マルチコアファイバ２００の各コア２０２の数および位置は、ＶＣＳＥＬアレイ上のメサ（発光部）の数および位置に対応し、ＶＣＳＥＬアレイから発せられた複数のレーザ光は、対応するコア２０２に入射され、伝送される。このようなマルチコアファイバ２００の使用は、空間多重により大容量のデータ伝送を可能にする。

【0031】

図８（Ｂ）は、光伝送装置の一例を示す概略断面図である。光伝送装置３００は、金属ステム３０２上に導電性接着剤を介してＶＣＳＥＬアレイのチップ３１０を搭載する。金属ステム３０２には、絶縁処理された貫通孔を介して複数の外部リード３０４が取付けられ、外部リード３０４は、チップ３１０上の各ＶＣＳＥＬ素子に電気的に接続される。ステム３０２上に中空のキャップ３２０が固定され、キャップ３２０の中央の開口内に光学部材としてのボールレンズ３３０が固定される。ボールレンズ３３０の光軸は、ＶＣＳＥＬチップ３１０上に形成された複数のＶＣＳＥＬの中心とほぼ一致する。さらに、ステム３０２上には円筒状の筐体３４０が固定され、筐体３４０の端面に一体に形成されたスリーブ３４２内にフェルール３５０が保持され、フェルール３５０によってマルチコアファイバ２００が保持される。マルチコアファイバ２００は、ボールレンズ３３０に正確に位置合わせされる。外部リード３０４により各ＶＣＳＥＬ素子を同時駆動または個別駆動することにより、チップ３１０の各発光部から発せられたレーザ光はそれぞれのコア２０２に集光される。

【0032】

図８（Ｃ）は、他の光伝送装置３００Ａの構成例を示している。本例では、ボールレンズ３３０を用いることなく、ＶＣＳＥＬアレイのチップ３１０とマルチコアファイバ２００とを直接的に光学結合させている。上記したように、本実施例では、ＶＣＳＥＬ素子の狭ピッチ化を図ることができるため、ＶＣＳＥＬ素子のピッチを、マルチコアファイバ２００のコア２０２のピッチに一致させることが可能となる。このため、ＶＣＳＥＬ素子をマルチコアファイバ２００の入射面に接近させることで、ＶＣＳＥＬ素子から発せられたレーザ光を直接コア２０２に集光させることができる。これにより、部品点数を削減し、低コスト、かつ小型の光伝送装置３００Ａを得ることができる。

【0033】

図９は、本実施例のＶＣＳＥＬアレイを光情報処理装置の光源に適用した例を示す図である。光情報処理装置４００は、ＶＣＳＥＬアレイを搭載した面発光型半導体レーザ装置４１０からのレーザ光を入射するコリメータレンズ４２０、一定の速度で回転し、コリメータレンズ４２０からの光線束を一定の広がり角で反射するポリゴンミラー４３０、ポリゴンミラー４３０からのレーザ光を入射し反射ミラー４５０を照射するｆθレンズ４４０、ライン状の反射ミラー４５０、反射ミラー４５０からの反射光に基づき潜像を形成する感光体ドラム(記録媒体)４６０を備えている。このように、ＶＣＳＥＬからのレーザ光を感光体ドラム上に集光する光学系と、集光されたレーザ光を光体ドラム上で走査する機構とを備えた複写機やプリンタなど、光情報処理装置の光源として利用することができる。面発光型半導体レーザ装置４１０は、例えば、図８（Ｂ）の構成から筐体３４０およびマルチコアファイバ２００を取り外したものであることができる。

【0034】

次に、本実施例の異なるパターンをもつＶＣＳＥＬアレイを図１０に示す。同図に示すＶＣＳＥＬアレイは、線形に配列された７つのＶＣＳＥＬ素子を含む。すなわち、メサＭ１、Ｍ３、Ｍ５、Ｍ７が線形に配列され、メサＭ２、Ｍ４、Ｍ６が線形に配列され、各メサのピッチは等しい。メサＭ２、Ｍ４、Ｍ６のｐ側の引き出し配線１２２は、メサＭ１、Ｍ３、Ｍ５、Ｍ７の間を延在してパッド形成領域３０へ延在する。鎖線２２は、溝２０とパッド形成領域３０との境界である。本例でも、ｐ側の引き出し配線１２２およびｎ側の引き出し配線１１２を立体構造とすることで、１本の引き出し配線で形成したときと同じサイズでアレイを形成することが可能になり、アレイの小型化を図ることができる。また、アレイ内部に配置された発光部（Ｍ２、Ｍ４、Ｍ６）の引き出し配線を外側に引き出すのも容易になる。

【0035】

図１０に示す例では、出射面側から見たとき、ｐ側の引き出し配線１２２とｎ側の引き出し配線１１２の延在部分が２つの隣接する発光部間で重なる例を示しているが、発光部、電極パッドのレイアウト等に応じて、ｐ側の引き出し配線１２２とｎ側の引き出し配線１１２の延在部分は、２つの隣接する電極パッド間、あるいは発光部と電極パッドとの間を重なるように延在することも可能である。すなわち、図１０に示すＭ１ないしＭ７は、電極パッドのレイアウトでもよく、ｐ側の引き出し配線１２２とｎ側の引き出し配線１１２は、電極パッド間、あるいは電極パッドと発光部の間を重複して延在する。

【0036】

図１１は、本発明のさらなる他の実施例のＶＣＳＥＬアレイを説明する図である。図１１（Ａ）に示すように、複数のメサＭが等しいピッチで円周方向に配列され、その内部に２つのメサＭが配列されている。本例では、ｎ側電極１１０またはｎ側電極１１０のためのコンタクト溝１５０がメサＭの全周を取り囲むのではなく、パッド形成領域３０側に形成される。例えば、ｎ側電極１１０またはコンタクト溝１５０は、内角が約９０となるような扇状または円弧状に形成される。このような構成にすることで、発光部間（メサ間）にｎ側電極を形成する必要がなくなるため、さらにアレイの高密度化が可能になる。

【0037】

上記実施例では、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓの半導体材料を用いたＧａＡｓ系のＶＣＳＥＬを例示したが、本発明は、他のＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体を用いたＶＣＳＥＬにも適用することができる。また、上記実施例では、基板上にｎ型の半導体層を積層し、その上にｐ型の半導体層を積層する構成を示したが、これと反対に、ｐ型の半導体層上にｎ型の半導体層を積層する構成であってもよい。

【0038】

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0039】

１０：ＶＣＳＥＬアレイ
１００：基板
１０２：コンタクト層
１０４：下部ＤＢＲ
１０６：活性領域
１０８：上部ＤＢＲ
１１０：ｎ側電極
１１２：引き出し配線
１１２Ａ：端部
１１４：電極パッド
１１４Ａ：パッド接続配線
１２０：ｐ側電極
１２２：引き出し配線
１２４：電極パッド
１３０：層間絶縁膜
１３０Ａ、１３０Ｂ：開口
１４０：絶縁材
１４２：コンタクト領域
１４４：傾斜面
１５０：コンタクトホール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】